自行車運(yùn)動(dòng)虛擬環(huán)境的研究.pdf

1、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與人機(jī)交互技術(shù)，使得體育運(yùn)動(dòng)可以在計(jì)算機(jī)上開展?；谶@類技術(shù)的自行車運(yùn)動(dòng)互動(dòng)系統(tǒng)，可以將自行車運(yùn)動(dòng)從室外搬到室內(nèi)，并將其過程用計(jì)算機(jī)來模擬，其應(yīng)用范圍包括：訓(xùn)練、醫(yī)療、娛樂等。近年來，國內(nèi)外有很多大學(xué)開展了對(duì)自行車模擬器的研究。本文研究的用于自行車運(yùn)動(dòng)的虛擬環(huán)境和設(shè)備，著重對(duì)其中的力反饋，動(dòng)力學(xué)模擬，與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的結(jié)合等問題進(jìn)行了探討，分析了對(duì)系統(tǒng)性能有關(guān)的指標(biāo)，提出了一些解決的方案。研究工作大體如下：
　　 從自

2、行車運(yùn)動(dòng)環(huán)境虛擬化的應(yīng)用需求出發(fā)，首先分析了場(chǎng)景建模中IBR 技術(shù)與傳統(tǒng)幾何信息的建模方式的優(yōu)缺點(diǎn)，然后給出了軟件渲染的實(shí)現(xiàn)。建立了自行車的簡(jiǎn)化模型，自行車連體基，在三個(gè)正交方向上分析了自行車的運(yùn)動(dòng)。著重介紹在行進(jìn)方向上的運(yùn)動(dòng)、力反饋、保持平衡的模擬計(jì)算，并在軟件上得到了實(shí)施。
　　 同時(shí)人機(jī)交互的性能對(duì)系統(tǒng)的整體性能有較大影響，人的觸覺靈敏度高于視覺靈敏度，用戶的操作需要快速響應(yīng)。本文中考慮到系統(tǒng)更新與伺服頻率的要求，提出了對(duì)

3、于力反饋系統(tǒng)的性能指標(biāo)。采用伺服電機(jī)作為力執(zhí)行器，用微處理器產(chǎn)生PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)主電路，將力的感覺輸出。微處理器的控制信號(hào)采用慣性模擬算法獲得，使得力矩輸出符合自行車慣性、風(fēng)阻等力學(xué)特點(diǎn)。傳感器則主要考慮穩(wěn)定性和精度的要求，針對(duì)于自行車運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用，采用編碼器作為角度與速度傳感器，并給出了檢測(cè)方法。
　　 最后在系統(tǒng)集成階段，介紹了外界的輸入輸出設(shè)備與虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的結(jié)合。建立用戶輸入信息上行通信信道，和計(jì)算機(jī)輸出下行通信信道，實(shí)現(xiàn)信